Chứng minh rằng đồ thị của hàm số y = ax^2 + bx + c (a khác 0) là một parabol

Trang trước Trang sau

Bài 3.23 trang 61 Chuyên đề Toán 10: Chứng minh rằng đồ thị của hàm số y = ax² + bx + c (a ≠ 0) là một parabol có tiêu điểm là $F (- \frac{b}{2 a}; \frac{1 - Δ}{4 a})$ và đường chuẩn là $Δ : y = - \frac{1 + Δ}{4 a}$ , trong đó Δ = b² – 4ac.

Lời giải:

+) Mỗi điểm M thuộc đồ thị của hàm số y = ax² + bx + c đều có toạ độ (x; ax² + bx + c).

Ta cần chứng minh M cũng thuộc parabol đã cho, tức là $\frac{M F}{d (M, Δ)} = 1$ hay MF = d(M, Δ). Thật vậy:

MF = d(M, Δ) $\Leftrightarrow \sqrt{{(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {(a x^{2} + b x + c - \frac{1 - Δ}{4 a})}^{2}} = |a x^{2} + b x + c + \frac{1 + Δ}{4 a}|$

$\Leftrightarrow {(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {(a x^{2} + b x + c - \frac{1 - Δ}{4 a})}^{2} = {(a x^{2} + b x + c + \frac{1 + Δ}{4 a})}^{2}$

$\Leftrightarrow {(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {[\frac{4 a^{2} x^{2} + 4 a b x + 4 a c - (1 - Δ)}{4 a}]}^{2} = {[\frac{4 a^{2} x^{2} + 4 a b x + 4 a c + (1 + Δ)}{4 a}]}^{2}$

$\Leftrightarrow {(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {[\frac{4 a^{2} x^{2} + 4 a b x + 4 a c - (1 - b^{2} + 4 a c)}{4 a}]}^{2} = {[\frac{4 a^{2} x^{2} + 4 a b x + 4 a c + (1 + b^{2} - 4 a c)}{4 a}]}^{2}$

$\Leftrightarrow {(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {(\frac{4 a^{2} x^{2} + 4 a b x + b^{2} - 1}{4 a})}^{2} = {(\frac{4 a^{2} x^{2} + 4 a b x + b^{2} + 1}{4 a})}^{2}$

$\Leftrightarrow {(\frac{2 a x + b}{2 a})}^{2} + {[\frac{{(2 a x + b)}^{2} - 1}{4 a}]}^{2} = {[\frac{{(2 a x + b)}^{2} + 1}{4 a}]}^{2}$

$\Leftrightarrow 4 {(2 a x + b)}^{2} + {[{(2 a x + b)}^{2} - 1]}^{2} = {[{(2 a x + b)}^{2} + 1]}^{2}$

$\Leftrightarrow 4 {(2 a x + b)}^{2} + [{(2 a x + b)}^{4} - 2 {(2 a x + b)}^{2} + 1] = {(2 a x + b)}^{4} + 2 {(2 a x + b)}^{2} + 1$

$\Leftrightarrow {(2 a x + b)}^{4} + 2 {(2 a x + b)}^{2} + 1 = {(2 a x + b)}^{4} + 2 {(2 a x + b)}^{2} + 1.$

Đẳng thức cuối đúng, do đó ta có điều phải chứng minh.

+) Ngược lại, với mỗi điểm M(x; y) thuộc parabol đã cho, ta phải chứng minh M thuộc đồ thị hàm số y = ax² + bx + c. Thật vậy:

Vì M(x; y) thuộc parabol đã cho nên $\frac{M F}{d (M, Δ)} = 1$ hay MF = d(M, Δ)

$\Rightarrow \sqrt{{(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {(y - \frac{1 - Δ}{4 a})}^{2}} = |y + \frac{1 + Δ}{4 a}|$

$\Rightarrow {(x + \frac{b}{2 a})}^{2} + {(y - \frac{1 - Δ}{4 a})}^{2} = {(y + \frac{1 + Δ}{4 a})}^{2}$

$\Rightarrow {(\frac{2 a x + b}{2 a})}^{2} + {[\frac{4 a y - (1 - Δ)}{4 a}]}^{2} = {[\frac{4 a y + (1 + Δ)}{4 a}]}^{2}$

$\Rightarrow {(\frac{2 a x + b}{2 a})}^{2} + {[\frac{4 a y - (1 - b^{2} + 4 a c)}{4 a}]}^{2} = {[\frac{4 a y + (1 + b^{2} - 4 a c)}{4 a}]}^{2}$

$\Rightarrow {(\frac{2 a x + b}{2 a})}^{2} + {[\frac{(4 a y - 4 a c + b^{2}) - 1}{4 a}]}^{2} = {[\frac{(4 a y - 4 a c + b^{2}) + 1}{4 a}]}^{2}$

$\Rightarrow 4 {(2 a x + b)}^{2} + {[(4 a y - 4 a c + b^{2}) - 1]}^{2} = {[(4 a y - 4 a c + b^{2}) + 1]}^{2}$

$\Rightarrow 4 {(2 a x + b)}^{2} = {[(4 a y - 4 a c + b^{2}) + 1]}^{2} - {[(4 a y - 4 a c + b^{2}) - 1]}^{2}$

⇒ 4(4a²x² + 4abx + b²) = 4(4ay – 4ac + b²)

⇒ 4a²x² + 4abx = 4ay – 4ac

⇒ 4ay = 4a²x² + 4abx + 4ac

⇒ y = ax² + bx + c

Vậy M(x; y) thuộc đồ thị hàm số y = ax² + bx + c.

Chứng minh được hoàn tất.

Xem thêm lời giải bài tập Chuyên đề học tập Toán 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 10 hay khác:

Trang trước Trang sau

Giải bài tập lớp 10 sách mới các môn học